10.1.3. Усилительный каскад на мдп-транзисторе в схеме с общим истоком

Схема простейшего каскада на МДП-транзисторе со встроен­ным каналом n-типа показана на рис. 10.3. В этой схеме (как и на рис. 10.2) использованы два источника питания: и. Выбором значений напряженийипри заданном сопротивлении нагруз­ки в цепи стока устанавливается рабочая точка (точка покоя).

Упрощенная по сравнению с рис. 7.2,а эквивалентная схема на низ­ких частотах (не учитываются емкости) приведена на рис. 10.4. Она аналогична эквивалентной схеме электронных ламп.

Нетрудно показать, что коэффициент усиления по напряжению

или

(10.12)

где . При(10.12) примет вид

(10.13)

Предельное значение коэффициента усиления получается из (10.12) при (рис. 10.5):

Таким образом, коэффициент усиления тем выше, чем больше крутизна S.

Входное сопротивление каскада определяется сопротивлением затвор-исток , которое велико, особенно в МДП-транзисторах, у которых затвор изолированный. Выходное сопротивление равно дифференциальному сопротивлению МДП-транзистора.

Широкое распространение получил простейший усилительный каскад, у которого в качестве нагрузки основного МДП-транзистора используется другой (нагрузочный МДП-транзистор). На рис. 10.6 нагрузочным является МДП-транзистор с индуцированным каналом n-типа. В нагрузочном транзисторе используется пологий уча­сток выходной характеристики. Его сопротивление для переменного тока – это дифференциальное сопротивление (7.60) , где– крутизна транзистора . Подставив это значение в (10.13) и заменив S на S₁ транзистора , получим

(10.14)

Для получения достаточно большого усиления необходимо, чтобы было значительно больше(). До­стигается это при одинаковой длине каналов обоих транзисторов увеличением ширины канала транзистора в 50...400 раз по сравнению с шириной канала транзистора . Однако при таком соотношении размеров коэффициент усиления составляет лишь 7...20, так как его значение равно корню квадратному из этого отношения.

Использование нагрузочного МДП-транзистора позволяет иск­лючить изготовление пассивного резистора с большим сопротив­лением, занимающим на кристалле большую площадь. Резисторы на основе нагрузочныхтранзисторов принято называть нелиней­ными из-за нелинейности ВАХ или динамическими. О построении ВАХ нагрузочного транзистора (нагрузочной линии для основ­ного транзистора ) будет сказано в § 11.2.2.10.1.4. Усилительный каскад насоставном биполярном транзисторе

В аналоговых ИС часто применяются составные транзисторы, построенные по схеме Дарлингтона или на комплементарных транзисторах.

Условное обозначение составного интегрального транзистора по схеме Дарлингтона показано на рис. 10.7, где Б, Э, К – выводы эквивалентного транзистора. В статическом режиме справедливо соотношение

где и – интегральные коэффициенты передачи тока исо­ставляющих транзисторов и . Сначала будем считать, что нагрузка отсутствует (). Тогда

Следовательно,

и коэффициент передачи состав­ного транзистора

Так как и, то

(10.15)

Таким образом, теоретически при = 100В = 10⁴, т.е. выше, чем у супербета-транзистора (см. § 9.2.1). Однако этот резуль­тат сильно завышен, так как в со­ставном транзисторе при одинако­вых и невозможно получить равенство и. Ограниче­ние связано с тем, что у транзисто­ров и токи сильно отличают­ся (, так как). Поэтому<<(см. § 5.3.4) и прак­тическине превышает не­скольких тысяч.

Схема интегрального составного транзистора на комплементарных биполярных транзисторах (т.е. п-р-п и р-п-р) показана на рис. 10.8. На­правления результирующих токов ,исоответствуют р-n-р-транзистору. Результирующий коэффи­циент передачи по току оказывается равным и практически совпадает со значениемВ в схе­ме Дарлингтона.